Файл: Лекция 38. Защита от грозы кабельных линий связи. Защита кабелей от грозы.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 23
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Лекция 38. Защита от грозы кабельных линий связи.
1. Защита кабелей от грозы
Необходимость грозозащиты подземного кабеля определяют расчетом по ожидаемому числу повреждений от ударов молнии на 100 км трассы. Ожидаемое число повреждений может быть определено в зависимости от числа грозовых дней в году для каждой местности.
Защитная способность кабелей связи от воздействия грозы, т.е. их грозостойкость, характеризуется параметром добротности, А (км).
,где U – электрическая прочность кабеля, В;
R – сопротивление оболочки постоянному току, Ом/км. Чем больше U и меньше R, тем выше грозостойкость кабеля.
Для различных типов кабелей грозостойкость характеризуется следующими данными (таблица 1):
Таблица 1
| Тип кабеля | Симметричный кабель с изоляцией | Коаксиальный кабель с шайбовой изоляцией | ||||||
| стирофлексной | полиэтиленовой | |||||||
| МКС | МКСА | МКСС | МКП | МКПА | КМ | КМА | ||
| U, В | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 25 | 25 | 3,7 | 3,7 | |
| R, Ом/км | 2,1 | 0,4 | 2,5 | 2,1 | 0,4 | 1,5 | 0,3 | |
| Q, А, км | 0,62 | 3,24 | 0,52 | 12 | 62,5 | 2,46 | 12,3 | |
Из приведенных данных следует, что наибольшей грозостойкостью об
ладают кабели со сплошной полиэтиленовой изоляцией в алюминиевой оболочке. Такие кабели имеют высокую электрическую прочность и малое сопротивление.
Из представленных в таблице кабелей лучше других симметричный кабель МКПА (Q = 62,5) и коаксиальный КМА (Q=12,3). Принято считать кабели грозостойкими, если их добротность достигает 50. При более высокой добротности порядка 80 и больше кабель считается полностью защищенным от воздействия грозовых разрядов.
Если грозостойкость кабелей недостаточна, то их дополнительно защищают с помощью медных, биметаллических или стальных тросов. Тросы прокладывают выше кабеля на глубине, равной половине глубины его залегания, но не менее 0,4 м. Расстояние между тросами 0,4-1,2 м. Тросы по всей длине через определенные интервалы должны иметь заземления. Число защитных проводов или тросов определяют расчетным путем.
Хорошую грозозащиту дает также установка малогабаритных разрядников непосредственно в соединительных муфтах кабеля.
Если кабельная трасса проходит вблизи отдельных деревьев или вдоль леса при расстоянии между трассой и деревьями менее 15м (удельное сопротивление грунта ρ ≤ 300 Ом*м) и менее 50 м (ρ ≥ 300 Ом*м), между кабелей и деревьями (лесом) прокладывают заземленные стальные тросы на всем протяжении участка.
Для отдельных деревьев трос укладывают полудугой. Глубина прокладки троса – около 80 см.
В случае прокладки кабеля вдоль полотна электрифицированной железной дороги или вдоль металлического трубопровода на расстоянии не более 8 м от них защиты от ударов молнии можно не применять независимо от грозовой активности и удельного сопротивления грунта.
2. Устройство заземления
Заземление – это устройство, состоящее из заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электрическими установками. Заземлителем называют проводник или группу про
водников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом. Заземлители могут быть любой формы – в виде трубы, стержня, полосы, листа, проволоки и т.д.
В зависимости от выполняемых заземлениями функций различают рабочее, защитное и линейно-защитное заземления.
В технике связи рабочим заземлением называют устройство, предназначенное для соединения аппаратуры с землей, служащей одним из проводников электрической цепи. К защитным относятся заземления, предназначенные для соединения с землей приборов защиты (молниеотводов, разрядников), а также металлических частей силового оборудования. Линейно-защитными заземлениями называют устройства для заземления металлических оболочек и экранов кабелей.
Отношение потенциала заземлителя к стекающему с него току называется сопротивлением заземления: R3 = U3 / Iз . Величина сопротивления заземления зависит от удельного сопротивления грунта и площади соприкосновения заземлителей с землей.
По своей конструкции заземлители разделяются на вертикальные стержневые, горизонтальные протяженные, кольцевые пластинчатые и глубинные. Чаще всего применяются вертикальные трубчатые заземлители.
Исходя из требуемых величин сопротивления заземлителей, необходимости получения достаточной механической прочности и удобства их устройства обычно используют трубы диаметром 2,5-5 см и длиной 1,5-3 м. Если сопротивление одного заземлителя, например, при одной трубе, велико, то заземлитель устраивают из нескольких труб, соединенных между собой. Такой заземлитель называют многоэлектродным.
3. Экранирование кабелей связи
Наиболее радикальным средством защиты коаксиальных и симметричных кабельных цепей от помех является их экранирование. Для защиты от внешних помех поверх сердечника
кабеля применяются металлические оболочки. Они, как правило, имеют сплошную цилиндрическую конструкцию и выполняются из свинца, алюминия или стали. Известны также конструкции двухслойных экранирующих оболочек типа алюминий – свинец, алюминий – сталь и др.
Применяются также экраны ленточного типа преимущественно из алюминиевых, медных, стальных лент, накладываемых спирально или продольно вдоль кабеля, и оплеточные экраны преимущественно из плоских или круглых проволок.
В коаксиальных кабелях для обеспечения требуемых норм помехозащищенности при однокабельной связи внешний провод выполняется биметаллическим (медь – сталь).
Экран локализует действие электромагнитных полей, создаваемых источниками помех, и защищает цепи и каналы связи от взаимных влияний и посторонних источников помех.
В реальных условиях экранирования приходится считаться с воздействием как магнитных, так и электрических полей. Причем может преобладать та или иная компонента поля. Наибольшее воздействие оказывает магнитное поле. Действие экрана определяется коэффициентом экранирования, представляющим собой отношение напряженности электромагнитного поля в какой-либо точке пространства при наличии экрана кнапряженности поля в той же точке без экрана.
Коэффициент экранирования S изменяется от 1 до 0, характеризуя в последнем случае наивысший экранирующий эффект. В технике связи экранирующий эффект принято оценивать в логарифмических значениях, оценивая вносимое экраном затухание ноля помех в децибелах.
Чем больше затухание экранирования, тем лучше экранирующий эффект системы.
Экранирующий эффект экранов и оболочек определяется суммарным действием затухания поглощения (Ап) и затухания отражения (А0). Экранирование поглощения обусловлено тепловыми потерями на вихревые токи
в металлическом экране. Чем выше частота и больше толщина экрана, тем больше эффект экранирования. Экранирование отражения связано с несоответствием волновых характеристик металла ZM, из которого изготовлен экран, и изоляции Zд, окружающей экран. Чем больше различаются между собой волновые характеристики диэлектрика и металла, тем сильней эффект экранирования за счет отражения.
Сравнивая магнитные (сталь) и немагнитные (медь) экраны по параметрам затухания поглощения Лп следует отдать предпочтение первым.
Затухание отражения А0связано с несоответствием волновых характеристик металла, из которого изготовлен экран, и диэлектрика, окружающего экран. Чем больше это несоответствие, тем сильнее эффект экранирования за счет отражения. По этому параметру лучше медь.
При определении экранирующего действия кабельных оболочек относительно низкочастотных источников влияния, таких как ЛЭП, ЭЖД достаточно учитывать лишь экранирующее действие продольных токов Лпр в оболочке по цепи оболочка – земля. Этот параметр часто называют КЗД – коэффициент защитного действия. В области высокочастотных помех, создаваемых мощными радиостанциями, индустриальными источниками влияния, атмосферным электричеством и другим надо комплексно учитывать все компоненты экранирования как за счет поперечных (Ап + А0), так и продольных Лпр полей, но здесь определяющим являются поперечные поля.
Наряду с экранирующими оболочками защитное действие оказывают также тросы, подвешиваемые на линиях (влияющих и подверженных влиянию), и рельсовые пути ЭЖД Они действуют на том же принципе, что и оболочки. Экранирующее действие троса имеет порядок 0,5-0,6, а рельсов – 0,4-0,5.